综述：表观遗传重编程作为癌症干性与治疗耐药的枢纽：对生物标志物发现的启示

《Hormones & Cancer》：Epigenetic reprogramming as the nexus of cancer stemness and therapy resistance: implications for biomarker discovery

本综述系统阐述了表观遗传重编程（DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控和染色质重塑）在驱动癌症干细胞（CSCs）干性维持、表型可塑性和治疗耐药中的核心作用。文章深入探讨了其作为耐药生物标志物的潜力，并展望了靶向表观遗传（如EZH2、HDAC、BET抑制剂）联合传统疗法的新型治疗策略。

　　

癌症治疗失败往往源于肿瘤细胞获得或保留自我更新和多向分化能力，即癌症干性。这种特性使得一小群癌症干细胞（CSCs）能够驱动肿瘤发生、支配微环境并产生治疗抵抗。近年研究发现，表观遗传重编程是连接癌症干性与治疗耐药的关键枢纽。

表观遗传诱导干性与治疗耐药的机制

与不可逆的基因突变不同，表观遗传修饰是动态、可逆的，并能对治疗应激和微环境信号产生情境依赖性应答。治疗暴露、缺氧、炎症、基质相互作用和免疫压力共同驱动了多种癌症中的干性和耐药性。

治疗诱导的重编程是获得干性的重要途径。例如，黑色素瘤细胞在抗PD-1治疗或长期vemurafenib暴露后，通过表观遗传改变和染色质可及性变化发生去分化，从而获得干细胞特性。在乳腺癌中，Notch通路激活可诱导HES1等转录因子，进而招募表观遗传共调节因子，调节染色质可及性并维持CSCs状态。腺苷A2B受体（A2BR）-p38 MAPK信号轴增强染色质修饰因子KDM6A和p300的招募，建立与多能性相关的常染色质景观，促进乳腺癌细胞去分化为乳腺癌干细胞（BCSCs）。组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂丙戊酸通过激活Wnt/β-catenin信号通路进一步放大乳腺癌干性。

缺氧和炎症等微环境因素也是关键驱动因素。缺氧微环境对于维持胶质瘤干性至关重要，其通过诱导白细胞介素-8（IL-8）和改变组蛋白修饰（如H3K27ac）进行表观遗传重塑，在抗胶质瘤化疗期间稳定胶质瘤干性。胶质母细胞瘤对替莫唑胺的耐药性也源于缺氧诱导因子（HIF）信号轴介导的去分化。炎症微环境通过上调染色质修饰因子和重塑基因（如SOX、OCT和NANOG）来放大干性，使其成为转录活跃区域，同时抑制分化相关基因座。

癌症相关成纤维细胞（CAFs）和细胞外囊泡（EVs）通过非细胞自主机制在表观遗传中扮演重要角色。CAFs通过表观遗传重编程（如RUNX家族、SOCS1、SMAD3等基因的高甲基化和EDARADD、HDAC4的低甲基化）支持邻近肿瘤细胞的CSC样重编程。CAF来源的外泌体通过调节CD133、ALDH、NANOG和OCT4等核心多能性标志物，在癌细胞去分化和干细胞样转变中作为关键介质。机制上，来自CAFs的外泌体miRNA调节Wnt/β-catenin信号级联，从而诱导CSC表型并促进化疗耐药。

在免疫调节方面，T细胞耗竭代表了表观遗传重编程的另一个层面。耗竭的T细胞表型以共抑制受体（如PD-1、TIM-3、LAG-3）持续上调和细胞因子产生、细胞毒性及增殖潜能受损为特征。其底层是表观遗传重塑事件网络，改变了染色质可及性和组蛋白修饰模式。耗竭表现为耗竭相关基因（包括抑制性受体基因座）持续的染色质可及性，以及效应相关区域的抑制性染色质重塑。

干性-持续存在-耐药连续体的表观遗传生物标志物

表观遗传调控在癌症中高度动态，因其可逆性且对环境应激（包括药物诱导应激、炎症、缺氧、代谢改变和氧化应激）敏感。

DNA甲基化是一种有丝分裂可遗传的DNA修饰，涉及在胞嘧啶第五位碳添加甲基，主要发生在哺乳动物的CpG岛和CpGshore。癌症基因组的特征是全基因组DNA低甲基化和位点特异性高甲基化。例如，异柠檬酸脱氢酶（IDH）突变型胶质瘤表现出DNA高甲基化，使肿瘤抑制基因CDKN2A/B沉默并破坏CCCTC结合因子（CTCF）的绝缘子功能，导致原癌基因PDGFRA激活。DNA甲基化分析已确立其在脑肿瘤分类中的临床效用，并日益扩展到其他肿瘤类型。

组蛋白修饰同样重要。H3K27甲基化（抑制）由EZH2（PRC2复合物）和KDM6A/B去甲基酶调节，通过Polycomb、Wnt和Notch通路，H3K27me3使肿瘤抑制基因和分化基因沉默，维持干性并促进肿瘤发生。H3K4甲基化（激活）由Trithorax/COMPASS复合物、MLL1/2调节，通过发育和HOX基因调控，H3K4me3在启动子处激活谱系和多能性基因的转录。H3K27ac/H3K27me的转换由HDAC抑制剂、Hedgehog通路、ZIC1调节，通过Hedgehog和染色质重塑，H3K27ac（活性增强子）取代H3K27me3（抑制性），转换基因表达和治疗反应。

非编码RNA（ncRNA）在强化耐药表观基因组状态中起主要作用。HOXA转录本反义RNA（HOTAIR）是一种典型的多功能致癌lncRNA，通过支架作用招募Polycomb抑制复合物2（PRC2）进行H3K27me3修饰，以及LSD1/CoREST/REST复合物进行H3K4me2和H3K9me3修饰，这种双重染色质抑制机制使肿瘤抑制基因沉默。转移相关肺腺癌转录本1（MALAT1）是一种高表达且保守的lncRNA，通过调节选择性剪接、转录延伸和染色质可及性参与癌症干性和治疗耐药。另一方面，肿瘤抑制性或致癌性miRNA的失调与各种癌症的治疗耐药相关。

染色质重塑剂通过调节核小体定位、组蛋白-DNA相互作用和调控DNA元件的可及性，动态修饰表观遗传景观。四个主要家族包括SWI/SNF（BAF）、ISWI、CHD和INO80。SWI/SNF复合物组分（如ARID1A、SMARCA4、ARID2、PBRM1）的功能丧失突变、缺失或表观遗传沉默尤为常见，这些改变导致广泛的染色质压缩、增强子区域重新分布和谱系特异性基因表达抑制，从而促进治疗耐药。

表观遗传生物标志物发现的技术平台

染色质免疫沉淀（ChIP） assays已应用于研究组蛋白修饰和转录因子结合状态。靶下切割和核酸酶释放（CUT&RUN）或其变体靶下切割和标签化（CUT&Tag）是ChIP的替代方法，为绘制蛋白质-DNA相互作用提供了另一种方法。

为了从更分化的群体中区分干细胞样细胞，染色质可及性分析能够识别原发肿瘤中的原始自我更新细胞。单细胞转座酶可及染色质测序（scATAC-seq）绘制开放染色质区域并暴露与耐药和干性相关的表观遗传特征，用于解决单细胞分辨率的异质性问题。

全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）以及DNA甲基化阵列已以详细和高分辨率的方式应用于甲基化组分析。WGBS在先进的文库制备和数据比对支持下，是单碱基甲基化分析的金标准。最新的Infinium Human Methylation EPIC v2.0（900K EPIC v2）微阵列在不同组织中表现出高重现性，并能够比较健康和癌细胞。

治疗意义：逆转癌症干细胞耐药

靶向CSCs（通过致癌通路或特定靶点）已被提出作为根除肿瘤的有前景策略。EZH2、HDAC和BET已成为近期研究中解决癌症干性和药物耐药的重要治疗策略。

在单一表观遗传靶向治疗方面，EZH2调节干性因子的表达，并在高级别复杂核型肉瘤CSCs中特别富集，赋予对蒽环类化疗药物的获得性耐药。EZH2抑制剂他泽美司特（Tazemetostat）通过使多柔比星耐药的去分化脂肪肉瘤细胞重新对化疗敏感来逆转耐药。在肝细胞癌中，EZH2抑制促进miRNA对NOTCH1的靶向，抑制NOTCH1信号，从而逆转干性表型并使癌细胞重新对索拉非尼诱导的清除敏感。

在免疫治疗中，EZH2可使癌细胞对T细胞介导的杀伤敏感，促进T细胞增殖和IFN-γ产生。在黑色素瘤中，抗CTLA-4和IL-2免疫治疗的耐药与EZH2富集相关，而EZH2抑制失活可逆转免疫逃避。

HDAC抑制剂是另一个有前景的治疗靶点。新型HDAC抑制剂多马替尼（Domatinostat）诱导活性氧（ROS）积累，特异性靶向CSC亚群。在非小细胞肺癌中，通过HDAC抑制剂沉默HDAC1，连同TRIB1敲低，可减少顺铂诱导的CSC富集，并通过顺铂再敏化增强清除。

BET蛋白（BRD2、BRD3、BRD4）与雄激素受体（AR）信号相关，在去势抵抗性前列腺癌中过表达。BET抑制剂（BETi）有效下调这些蛋白，导致AR-V7表达减少，最终破坏持续性AR信号并抑制体外肿瘤生长。BRD4抑制剂JQ1也显示可降低MYC表达，从而使雌激素受体阳性（ER+）和/或长期雌激素剥夺的体外乳腺癌细胞对依维莫司（mTOR抑制剂）重新敏感。

组合表观遗传靶向治疗针对不同的CSC相关生物标志物，并产生卓越的治疗效果。EZH2和BMI1抑制剂组合治疗有效靶向胶质瘤TME的神经前体、血管周围和间质部分，降低肿瘤球形成并根除胶质瘤干细胞。EZH2抑制剂和BET抑制剂的组合治疗也提供协同效应，抑制细胞增殖，减少克隆形成，并通过下调c-MYC和NF-κB诱导细胞周期停滞和凋亡。BET抑制剂与HDAC抑制剂组合已应用于对抗BRAF抑制剂耐药黑色素瘤和髓母细胞瘤。

结论与未来展望

表观遗传重编程在启动和维持癌症干细胞样表型中起关键作用，显著促进了不同肿瘤类型的治疗耐药。未来研究在空间表观基因组学方面将推动对肿瘤生物学和治疗耐药的理解。同时，表观遗传-代谢交叉对话被视为靶向CSCs脆弱性的有前景途径，为克服治疗耐药和预防复发提供新机会。纳米颗粒介导的表观遗传重编程通过重塑其表观遗传结构、削弱干性和增强治疗反应，为消除CSCs提供了强大策略。实时表观遗传监测技术的出现以及染色质3D构象知识被认为是下一代表观遗传生物标志物。